陶瓷膜技术处理含油废水的应用研究

易佑宁 彭文博

摘  要  使用陶瓷膜管對某轧钢厂含油废水进行处理，经过试验确定了错流过滤操作的参数如下：压力0.1 MPa，流速15 m/s，渗透率可以稳定在130 L/h.m2，出水水质可以满足排放要求。采用1.6%的NaOH清洗15 min，再使用2%的HNO3进行15 min清洗，清水测试，膜渗透率可以恢复至初始值的90%，达到工业化应用的要求。

关键词  陶瓷膜;含油废水;错流过滤;渗透率

0  引  言

含油废水的化学耗氧量（COD）高，对环境危害大，污染后难以治理，这就要求对含油废水处理后进行排放。含油废水的处理技术和分离的难易程度取决于油在水中的存在形式以及油类回收和处理后水的回用要求，油在水中的存在形式分为浮油（粒径大于150 μm）、分散油（粒径20-50 μm）、乳化油（粒径小于20 μm）。传统含油废水处理方法有：物理法、物理化学法、化学法、生物化学法等，其中膜分离法主要用来分离乳化油，在含油废水处理工艺中有如下优点：（1）不需添加化学试剂即可处理乳化油的废水;（2）适用范围广，既能分离悬浮油、分散油、乳化油，又可以回收浓缩后的油类，处理过的回用水油含量低;（3）分离效率高，工艺过程简单，设备占地面积小，陶瓷膜管强度高、耐腐蚀（便于化学清洗）、耐高温、使用寿命长。因此，陶瓷膜在石油化工、石油开采、机械加工、纺织和食品行业应用受到广泛关注。

1  陶瓷膜技术简介

现有陶瓷膜从材质上可以分为A1203、Si02、Zr02、Ti02膜，目前孔径为4～5 000 nm的多孔A1203膜、Zr02膜均已商品化，其构型有管状及多通道状、板状、纤维状等。从用途上，陶瓷膜可分为微滤、超滤、纳滤、气体分离膜等，目前已在工业上得到广泛的应用，在含油废水处理方面效果十分明显。

2  试验内容

2.1 试验装置和原材料

取某轧钢厂含油废水，经砂滤后进行陶瓷膜过滤试验。陶瓷膜试验装置示意图（见图1）。

陶瓷膜管采用江苏省陶瓷研究所有限公司生产的膜管，指标如下：膜孔径：200 nm;单只膜管过滤面积：0.2 m2。

2.2 试验过程

废水原液经过砂滤后进入水箱，经泵加压打入管道，经过回流阀和流量计角阀调节过滤压力和流速，流经膜管过滤后循环回到水箱，滤后清液由滤出水管道流出收集。

记录测试过程中的渗透率、过滤时间、温度、过滤时间、压力差、过滤出水量之间的变化。

渗透率S，过滤时间t，过滤时间内的出水量V，膜管过滤面积0.2m2，S=V/t*0.2。

过滤压力P，膜管前压力P1，膜管后压力P2，P=（P1+P2）/2。

膜面流速V，流量计读数q，管道面积m，V=q/m。

过滤一段时间之后，陶瓷膜渗透率逐渐下降，下降到一定值后需要进行清洗。清洗采用两步：（1）物理反冲洗，每过滤二十分钟进行反冲洗十秒;（2）过滤四个小时后渗透率下降到一定值后，采用化学清洗30 min，采用1.6%的NaOH清洗15 min，再用2%的HNO3清洗15 min。

3  试验结果与讨论

影响陶瓷膜过滤分离性能的因素主要有以下几个方面：

（1）陶瓷膜孔径的选择是否合适，出水能否达到需求。

（2）料液预处理后性质能否达到要求及过滤过程的稳定性和出水指标情况。

（3）过滤过程中设备调节的过滤压力、流速等参数与清洗工艺是否合适，及设备能否稳定运行。

3.1 过滤压力对渗透率的影响

保持一定的过滤压力是进行过滤分离的必要条件，压力大小直接影响到陶瓷膜的初始渗透率和稳定后的渗透率。在稳定膜面流速于15m/s，通过调节不同的压差，膜的渗透率随时间的变化如图2所示。

3.2 膜面流速对渗透率的影响

陶瓷管式膜进行油水分离的一个最大优点是不易堵塞，关键在于进行错流过滤时选择合适的流速。合适的流速保证流体和膜面之间的剪切力把膜面沉积和堵塞吸附的油滴带走，有效减少膜面沉积和堵塞的厚度，保证过滤过程中渗透率稳定在一个合适的范围。试验表明，稳定过滤压力在0.1MPa条件下，膜面流速和渗透率的关系如图3所示。

经过试验，流速过小，膜面剪切力不够，渗透率下降较快，稳定渗透率较小;流速过大，渗透率增加不明显，能耗较高，经过对比，选择15m/s膜面流速进行过滤为首选。

3.3陶瓷膜的清洗

陶瓷膜过滤含油废水的过程中，初始过程渗透率较高，随着渗透过程的发生，部分油滴和水中的凝胶和固体杂质吸附在膜表面，渗透率逐步下降，较快的液体流速也不停地带走部分膜表面吸附的杂质，达到一个平衡后渗透率会稳定在一定的范围，但是总体还是逐步下降，到一定值后需要进行停机清洗。好的清洗工艺可以使陶瓷膜渗透率恢复初始值的90%以上。

试验采用酸碱复合清洗的办法，采用不同浓度的NaOH、HNO3和不同的清洗时间对堵塞后的陶瓷膜管进行清洗试验，最终选择了1.6%的NaOH清洗15 min，再使用2%的HNO3进行15 min清洗，清水测试，膜渗透率恢复至初始值的90%，比较理想。

3.4出水水质（见表1）

经过检测，出水水质满足排放要求。

4  结  论

（1）使用管式陶瓷膜错流过滤含油废水，经过试验发现，设备使用参数控制在：压力0.1 MPa，流速15 m/s时，渗透率可以稳定在130 L/h.m2，出水水质可以满足排放要求。

（2）采用1.6%的NaOH清洗15 min，再使用2%的HNO3进行15 min清洗，清水测试，膜渗透率可以恢复至初始值的90%，达到工业化应用的要求。

（3）由于含油废水处理现场情况比较复杂，含油和杂质的量有所波动，膜渗透率会产生较大波动。单一地采用陶瓷膜处理存在一定的不足，因此必须与其他水处理工艺集成使用，从而不断提高陶瓷膜在处理含油废水中的作用。

参 考 文 献

[1]周健儿，包启富，汪永清，潘锦添.无机陶瓷膜在含油废水中的应用进展[J].陶瓷学报，2008（1）：54-57.

[2]高杰，穆柏春.陶瓷膜技术及其在含油废水处理中的应用进展[J].佛山陶瓷，2005（3）：29-32.

[3]徐南平，邢卫红，赵宜江.无机膜分离技术与应用[M].北京：化学工业出版社.2003.

[4]文会超，舒莉，邢卫红，徐南平.无机陶瓷膜在脱脂液废水处理中的应用[J].水处理技术，2007（3）：42-44，88.